Question

【題目】足量鋅與濃H2SO4充分在加熱下反應(yīng)生成會(huì)SO2和H2的混合氣體；鋅和稀硫酸反應(yīng)只有H2生成。現(xiàn)有甲乙兩研究小組分別實(shí)驗(yàn)探究：

（1）甲研究小組按下圖實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證鋅與濃硫酸反應(yīng)生成物中SO2和H2，取少量的Zn置于b中，向a中加入100mL18.5mol·L－1的濃硫酸，經(jīng)過一段時(shí)間反應(yīng)，Zn完全溶解

①填寫儀器名稱：a_____________、b_________。

②寫出裝置A中生成能使品紅溶液褪色的化學(xué)反應(yīng)方程式：_________________。

③裝置D中加入的試劑是__________。

④U型管G的作用為______________。

⑤有同學(xué)認(rèn)為A、B間應(yīng)增加圖中的甲裝置，該裝置的作用為__________。

⑥證明反應(yīng)生成SO2和H2的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是_________________。

⑦若A中生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體33.6L，將A反應(yīng)后的溶液稀釋到1L，測(cè)得溶液中H＋的濃度為0.1 mol·L-1，則稀釋液中SO42－的物質(zhì)的量濃度是_________ mol·L-1。

（2）乙研究小組為了探究鋅與稀硫酸反應(yīng)過程中的速率及能量的變化，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)，分析影響反應(yīng)速率的因素。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，從斷開K開始，每間隔1分鐘，交替斷開或閉合K，并連續(xù)計(jì)數(shù)每1 分鐘內(nèi)從a管流出的水滴數(shù)，得到的水滴數(shù)如下表所示：

1分鐘水滴數(shù)（斷開K）	34	59	86	117	…	102
1分鐘水滴數(shù)（閉合K）	58	81	112	139	…	78

分析反應(yīng)過程中的水滴數(shù)，請(qǐng)回答：

① 由水滴數(shù)58>34、81>59，說(shuō)明在反應(yīng)初期，閉合K時(shí)比斷開K時(shí)的反應(yīng)速率快，主要原因是形成原電池反應(yīng)速度快。

② 由水滴數(shù)102>78，說(shuō)明在反應(yīng)后期，斷開K時(shí)的反應(yīng)速率快于閉合K時(shí)的反應(yīng)速率，主要原因是_____________________________________。

③ 從能量轉(zhuǎn)換形式不同的角度，分析水滴數(shù)86>81、117>112的主要原因是：_______。

Answer 1

【答案】 分液漏斗 圓底燒瓶 Zn+2H2SO4(濃) ZnSO4+2H2O+SO2↑ 濃硫酸 防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入干燥管，干擾實(shí)驗(yàn) 防止倒吸 B中品紅褪色，E中有紅色物質(zhì)生成且F中的無(wú)水硫酸銅變藍(lán) 1.55 mol·L－1 斷開K時(shí)，溶液中的c(H+)大于閉合K時(shí)溶液中的c(H+), c(H+)的影響是主要因素 斷開K時(shí)，反應(yīng)的化學(xué)能主要轉(zhuǎn)化成熱能；閉合K時(shí)，反應(yīng)的化學(xué)能主要轉(zhuǎn)化成電能。

前者使溶液的溫度升得更高是主要影響因素，故反應(yīng)速率更快

【解析】裝置A是用來(lái) 制備SO2的反應(yīng)裝置，

二氧化硫可使品紅溶液褪色，B中品紅褪色，可檢驗(yàn)二氧化硫的存在。SO2還具有還原性，高錳酸鉀氧化二氧化硫可除去二氧化硫，C中酸性高錳酸鉀不再褪色后，說(shuō)明二氧化硫已經(jīng)除盡。鋅和稀硫酸反應(yīng)生成氫氣和硫酸鋅，裝置D是干燥裝置，用來(lái)除去氣體通過溶液時(shí)帶出的水汽，氫氣通過熱的氧化銅生成銅和水， E中有紅色物質(zhì)生成，說(shuō)明有銅生成，F中無(wú)水硫酸銅變藍(lán)，說(shuō)明有水生成，即證明有氫氣產(chǎn)生，U型管G的作用防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入干燥管，干擾實(shí)驗(yàn)。

（1）①裝置A是用來(lái) 制備SO2的反應(yīng)裝置，a、b分別為分液漏斗，圓底燒瓶。②裝置A是用來(lái) 制備SO2的反應(yīng)裝置，反應(yīng)方程式為：Zn+2H2SO4(濃) ZnSO4+2H2O+SO2↑ 。

③裝置D是干燥反應(yīng)中產(chǎn)生的H2裝置，使用的是濃硫酸作干燥劑。

④U型管G的作用為防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入干燥管，干擾實(shí)驗(yàn)。

⑤A、B間會(huì)發(fā)生倒吸的現(xiàn)象，在A、B間甲裝置，主要是防倒吸。

⑥二氧化硫可使品紅溶液褪色，可用于檢驗(yàn)二氧化硫的存在，，若有H2產(chǎn)生，氫氣通過熱的氧化銅生成銅和水， E中有紅色物質(zhì)生成，說(shuō)明有銅生成，F中無(wú)水硫酸銅變藍(lán)，說(shuō)明有水生成，即證明有氫氣產(chǎn)生。

⑦反應(yīng)后測(cè)得溶液c（H+）為0.1mol/L，則n剩余（H2SO4）=0.1mol/L×1L×1/2

=0.05mol，假定氣體A全部為二氧化硫，根據(jù)硫原子守恒可知，生成二氧化硫的物質(zhì)的量=18.5mol/L×0.1L-0.05mol=1.8mol，實(shí)際氣體A的物質(zhì)的量=

33.6L

22.4L/mol

=1.5mol，小于1.8mol，故生成氣體為SO2、H2，令SO2、H2的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，則：

Zn+2H2SO4=ZnSO4+SO2↑+H2O，

2xmol xmol

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，

ymolymol

故：x+y=1.5，2x+y=1.8，聯(lián)立方程，解得：x=0.3，y=1.2故答案為：SO2=0.3mol，H2=1.2mol；

（2）根據(jù)硫原子根守恒n（H2SO4）-n（SO2）=18.5mol/L×0.1L-0.3mol=1.55mol，故1L溶液c(SO42－)= 1.55 mol·L－1

（2）①反應(yīng)剛開始時(shí)，因閉合K時(shí)形成了原電池，故比斷開K時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的速率快；②到反應(yīng)后期，先前斷開K時(shí)，溶液中的c(H+)較大，隨反應(yīng)進(jìn)行，溶液中c(H+)降低，故此時(shí)閉合K時(shí)反應(yīng)速率較��；③ 在該階段，斷開K時(shí)，反應(yīng)的化學(xué)能主要轉(zhuǎn)化成熱能；使溶液的溫度升高，反應(yīng)速率加快；而閉合K時(shí)，反應(yīng)的化學(xué)能主要轉(zhuǎn)化成電能，產(chǎn)生氫氣速率就較慢。